2.3.3 .Phƣơng pháp điện di mao quản CE-C4D
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng hấp phụ bằng phƣơng pháp tĩn h
3.3.4. Hấp phụ đẳng nhiệt của SDSvà STS trên vật liệu nhôm oxit
Ảnh hƣởng của lực ion đến khả năng hấp phụ của SDS và STS trên vật liệu nhôm oxit đƣợc chứng minhkhi thiết lập đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt.
Tiến hành thí nghiệm nhƣ sau: Lắc 0,1 (g) vật liệu γ- Al2O3.với các dung dịch SDS và STS có nồng độ thay đổi trong khoảng từ 10-5 đến 10-2M trong nền muối NaCl 1mM, 10mM và 100mM ở pH=4 trong 3 giờ ở cùng điều kiện thí nghiệm.
Kết quả khảo sát các đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt của SDSvà STStại các nồng độ muối NaCl 1mM, 10mM và 100mM. Kết quả thực nghiệm của 3 lần đo lặp lại đƣợc thể hiện qua Bảng 3.10; Bảng 3.11; Hình 3.9 và Hình 3.10.
Bảng 3.10.Kết quả khảo sát đường đẳng nhiệt hấp phụ của SDS tại các nồng độ muối NaCl 1mM, 10mM và 100mM
NaCl 1mM NaCl 10mM NaCl 100mM
Co (M) Ce (M) 𝜞 (mg/g) H(%) SD Co (M) Ce (M) 𝜞 (mg/g) H(%) SD Co (M) Ce (M) 𝜞 (mg/g) H(%) SD 10-5 2,05×10-6 0,57 79,50 0,02 10-5 8,05×10-6 0,14 19,50 0,32 10-5 6,05×10-6 0,28 39,50 0,15 10-4 3,09×10-5 4,98 69,10 0,53 10-4 2,89×10-5 5,13 71,10 0,09 10-4 9,89×10-6 6,50 90,11 0,35 5×10-4 1,11×10-4 28,04 77,80 1,06 5×10-4 9,10×10-5 29,49 81,80 1,56 5×10-4 1,00×10-5 35,33 98,00 2,02 10-3 5,09×10-4 35,39 49,10 2,94 10-3 4,91×10-4 36,70 50,91 3,05 10-3 1,11×10-5 71,29 98,89 1,93 2×10-3 1,40×10-3 43,26 30,00 3,58 2×10-3 1,22×10-3 56,23 39,00 2,75 2×10-3 5,02×10-4 107,98 74,90 1,86 3×10-3 2,33×10-3 48,30 22,33 1,41 3×10-3 1,83×10-3 84,35 39,00 3,23 3×10-3 1,03×10-3 142,02 65,67 4,95 4×10-3 2,45×10-3 111,74 38,75 5,57 4×10-3 2,35×10-3 118,95 41,25 5,08 4×10-3 1,14×10-3 206,55 71,63 6,04 6×10-3 3,97×10-3 146,47 33,86 6,65 6×10-3 3,07×10-3 211,36 48,86 4,34 6×10-3 1,91×10-3 295,09 68,22 5,19 8×10-3 5,41×10-3 186,83 32,39 4,89 8×10-3 4,21×10-3 273,34 47,39 2,58 8×10-3 2,21×10-3 417,53 72,39 6,45 9×10-3 5,69×10-3 238,63 36,78 6,02 9×10-3 4,79×10-3 303,51 46,78 5,84 9×10-3 2,79×10-3 447,70 69,00 7,26 10-2 6,46×10-3 255,50 35,44 7,26 10-2 5,46×10-3 327,59 45,44 6,09 10-2 3,46×10-3 471,78 65,44 8,02
Bảng 3.11.Kết quả khảo sát đường đẳng nhiệt hấp phụ của STS tại các nồng độ muối NaCl 1mM, 10mM và 100mM
NaCl 1mM NaCl 10mM NaCl 100mM
Co (M) Ce (M) 𝜞 (mg/g) H (%) SD Co (M) Ce (M) 𝜞 (mg/g) H (%) SD Co (M) Ce (M) 𝜞 (mg/g) H (%) SD 10-5 5,03×10-6 0,39 49,73 0,21 10-5 5,58×10-6 0,35 44,23 0,08 10-5 3,98×10-6 0,48 60,25 0,05 10-4 6,50×10-5 2,77 35,03 0,71 10-4 3,52×10-6 7,63 96,48 0,08 10-4 2,79×10-5 5,70 72,10 0,37 5×10-4 2,03×10-4 23,52 59,47 1,10 5×10-4 1,10×10-4 30,87 78,04 3,04 5×10-4 5,24×10-5 35,41 89,53 1,77 10-3 3,98×10-4 47,65 60,23 5,79 10-3 1,08×10-5 78,26 98,92 4,19 10-3 1,20×10-5 78,16 98,80 2,68 2×10-3 4,84×10-3 119,90 75,78 6,93 2×10-3 3,12×10-4 133,53 84,40 5,49 2×10-3 2,25×10-4 140,46 88,78 6,59 3×10-3 1,14×10-3 147,40 62,11 3,65 3×10-3 8,70×10-4 168,47 70,99 3,74 3×10-3 6,10×10-4 189,07 79,67 3,24 4×10-3 1,73×10-3 179,84 56,83 8,05 4×10-3 1,42×10-3 204,49 64,63 6,75 4×10-3 8,90×10-4 246,02 77,75 7,83 6×10-3 3,25×10-3 217,55 45,83 6,84 6×10-3 2,76×10-3 256,31 54,00 2,24 6×10-3 1,59×10-3 349,26 73,58 4,85 8×10-3 4,81×10-3 252,62 39,92 6,69 8×10-3 4,12×10-3 306,93 48,50 3,92 8×10-3 1,92×10-3 481,21 76,04 1,84 9×10-3 5,85×10-3 249,19 35,00 7,05 9×10-3 5,05×10-3 312,47 43,89 6,15 9×10-3 2,57×10-3 509,06 71,50 5,44 10-2 6,91×10-3 244,46 30,90 6,87 10-2 5,67×10-3 342,80 43,33 8,64 10-2 3,13×10-3 543,47 68,70 8,22
Từ kết quả nghiên cứu lập đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ chất hoạt động bề mặt sau hấp phụ với dung lƣợng hấp phụ. Từ kết quả thu đƣợc áp dụng công thức (2.9) để xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ của SDS và STS theo mơ hình hai bƣớc hấp phụ.
Hình 3.9.Đường đẳng nhiệt hấp phụ của SDS ở nền muối NaCl 1mM, 10mM và 100mM. Các điểm biểu diễn thực nghiệm và các đường thể hiện mơ hình hai
bước hấp phụ.
Hình 3.10.Đường đẳng nhiệt hấp phụ của STS ở nền muối NaCl 1mM, 10mM và 100mM. Các điểm biểu diễn thực nghiệm và các đường thể hiện mơ hình hai
Kết quả khảo sát (Hình 3.9 và Hình 3.10) cho thấy các điểm thực nghiệm đƣợc mơ tả khá phù hợp với mơ hình hai bƣớc hấp phụ ở các nồng độ muối 1mM, 10mM và 100mM. Kết quả cho thấy tại nồng độ muối khác nhau, khi nồng độ SDS và STS thấp, dung lƣợng hấp phụ giảm khi tăng nồng độ muối do lực hút tĩnh điện giữa các nhóm mang điện tích âm trong đầu ƣa nƣớc của phân tử SDS và STS với bề mặt mang điện tích dƣơng của vật liệu hấp phụ. Tuy nhiên tại nồng độ chất hoạt động bề mặt cao, dung lƣợng hấp tăng cùng với sự tăng nồng độ muối do lực các phân tử chất hoạt động bề mặt tạo thành mixen thúc đẩy quá trình hấp phụ.
Trong cùng một lực ion (cùng nồng độ muối nền), tại nồng độ chất chất hoạt động bề mặt cao, dung lƣợng hấp phụ cực đại của STS cao hơn so với SDS chứng tỏ mạch cacbon dài làm tăng lực tƣơng tác kị nƣớc và hấp phụ đƣợc tăng cƣờng. Dung lƣợng hấp phụ của SDS và STS tăng khi tăng lực ion chứng tỏ hấp phụ chất chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm chịu tác động của lực hút tĩnh điện và lực tƣơng tác kị nƣớc của các nhóm ankyl của các phân tử chất hoạt động bề mặt.
Kết quả hấp phụ đẳng nhiệt đối với SDS và STS trên vật liệu nhơm oxit hồn toàn phù hợp với kết quả phổ FTIR sau khi hấp phụ SDS và STS.
3.3.5. Điều kiện tối ưu của chất chất hoạt động bề mặt hấp phụ trên vật liệu
nhôm oxit
Từ những thí nghiệm khảo sát trên, chúng tơi đã nghiên cứu tìm ra đƣợc điều kiện tối ƣu để hấp phụ chất chất hoạt động bề mặt trên Al2O3 nhƣ sau:
pH phù hợp là pH = 4 đối với SDS và STS.
Lực ion (nồng độ muối nền NaCl) tối ƣu là 1mM đối với SDS và STS. Thời gian hấp phụ tối ƣu là180 phút đối với SDS và STS.
Dựa trên các kết quả khảo sát hấp phụ tĩnh kết hợp với tham khảo bản luận văn thạc sĩ khoa học với đề tài “Nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển ion kim
loại nặng trên nhơm oxit biến tính bằng chất hoạt động bề mặt” của học viên
Nguyễn Ngọc Việt, trƣờng Đại Học Khoa học Tự Nhiên, Đại Học QGHN, năm 2017, tiến hành ứng dụng vật liệu nhôm oxit hấp phụ bằng chất hoạt động bề mặt SDS và STS để làm giàu và phân tích ion kim loại Pb2+ trong mẫu thực.
3.4. Xây dựng quy trình phân tích trên mẫu thực 3.4.1. Chuẩn bị cột nhồi 3.4.1. Chuẩn bị cột nhồi
Chuẩn bị 2cột nhồi chứa 0,1 (g) vật liệu M1, M2đƣợc nhồi vào cột chiều dài 6cm đƣờng kính 0,5cm nhƣ sau:
Cột nhồi vật liệu M1 (vật liệu γ-Al2O3 hấp phụ bằng SDS). Cột nhồi vật liệu M2 (vật liệu γ-Al2O3 hấp phụ bằng STS).
Sau đó, rửa vật liệu nhiều lần bằng nƣớc cất 2 lần qua hệ thống bơm nhu động với tốc độ 1,0ml/phút.
3.4.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Trƣớc khi lấy mẫu, dụng cụ lấy mẫu đƣợc rửa sạch sẽ, tráng bằng EDTA, tráng lại bằng HNO3 10% và nƣớc cất hai lần. Mẫu đƣợc lấy bằng polyetylen để tránh hấp phụ kim loại trên thành bình. Sau đó, hiển thị rõ thơng tin mẫu: Địa chỉ lấy mẫu, thời gian lấy mẫu, tọa độ lấy mẫu.
Mẫu sau khi để lắng, lọc bỏ phần lơ lửng, thu lấy phần nƣớc trong 2lít và đƣợc chạy qua cột nhồi đã chuẩn bị nhƣ mục 3.4.1.
3.4.3. Phân tích một số mẫu nước
Tiến hành phân tích mẫu nƣớc Hồ Tây lấy trên tầng nƣớc mặt.
Thông tin lấy mẫu: Mẫu nƣớc Hồ Tây đƣợc lấy vào lúc 10h00 ngày 10/11/2017
Tọa độ lấy mẫu: N 21o02’48’’N- E 105o50’10’’ Quy trình tiến hành nhƣ sau:
Mẫu nƣớc sau khi lấy về phòng thí nghiệm, tiến hành lọc lấy phần nƣớc trong và đƣợc chia làm hai mẫu(mỗi mẫu 2 lit).
Mẫu 1: Cho chạy 2 lít nƣớc Hồ Tây đã lọc nhƣ trên qua cột nhồi vật liệu M1(hấp phụ SDS, đƣợc chuẩn bị nhƣ mục 3.4.1). Tốc độ chảy 1,0 ml/phút. Rửa cột bằng nƣớc cất 2 lần. Sau đó, rửa giải bằng 10ml HNO3 0,5M với tốc độ 0,5 ml/phút (làm giàu 200 lần).
Mẫu 2: Cho chạy 2 lít nƣớc Hồ Tây đã lọc nhƣ trên qua cột nhồi vật liệu M2(hấp phụ STS) (đƣợc chuẩn bị nhƣ mục 3.4.1). Tốc độ chảy 1,0ml/phút. Rửa cột
bằng nƣớc cất 2 lần. Sau đó, rửa giải bằng 10ml HNO3 0,5M với tốc độ 0,5 ml/phút (làm giàu 200 lần).
Ion kim loại Pb2+sau khi rửa giải, xác định bằng phƣơng pháp F-AAS và đối chứng với mẫu trƣớc làm giàu bằng phƣơng pháp GF-AAS.
Kết quả xác định mẫu thực đƣợc thể hiện trong Bảng 3.12.
Bảng 3.12. Kết quả xác định mẫu thực sau khi làm giàu bằng cột chiết pha rắn
Mẫu Pb
C đo (ppm) C ban đầu (ppb)
Mẫu 1 0,487 2,44
Mẫu 2 0,396 1,98
Tiến hành so sánh các mẫu sau khi làm giàu đƣợc đo bằng phƣơng pháp SPE-F-AAS với mẫu trƣớc khi làm giàu đo bằng phƣơng pháp GF-AASthu đƣợc kết quả nhƣ Bảng 3.13.
Bảng 3.13. So sánh hai phương pháp xác định mẫu thực
Mẫu Nồng độ Pb trong mẫu (ppb) Sai số tƣơng đối (%)
SPE-F-AAS GF-AAS
Mẫu 1 2,44 2,26 +7,96
Mẫu 2 1,98 2,26 -12,39
Từ kết quả ở Bảng 3.13cho thấy hai phƣơng pháp SPE-F-AAS sử dụng cột nhồi vật liệu γ-Al2O3hấp phụ bằng SDS và STS và phƣơng pháp GF-AAScho sai số tƣơng đối không quá 15% với hàm lƣợng ppb trong mẫu có thể chấp nhận đƣợc. Do hàm lƣợng Pb trong nƣớc rất nhỏ và nhỏ hơn giới hạn phát hiện nên cần hệ số làm giàu lớn hơn để xác định đƣợc hàm lƣợng Pb trong mẫu thực. Kết quả hàm lƣợng Pb cho thấy vẫn nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam về chất lƣợng nƣớc TCVN 5492-1995 [11].
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện luận văn: “Nghiên cứu đặc tính hấp phụ của chất
hoạt động bề mặt mang điện tích âm trên nhơm oxit và ứng dụng trong kỹ thuật chiết pha rắn”, chúng tôi thu đƣợc các kết quả nhƣ sau:
Đánh giá phƣơng pháp phân tích: Xây dựng đƣờng chuẩn của chất hoạt động bề mặt ankyl sulfat bao gồm SDS (C12) và STS (C14) với giá trị tƣơng quan tốt, độ lặp lại tốt, hiệu suất thu hồi khá cao và giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) tốt lần lƣợt là 4,36×10-8M và 1,45×10-7M; 3,85×10-8M và 1,29×10-7M đối với SDS và STS.Đã tiến hành so sánh phƣơng pháp UV-Vis với phƣơng pháp CE-C4D cho thấy phƣơng pháp UV-Vis có độ tin cậy cao.
Các nhóm chức bề mặt của vật liệu γ-Al2O3 xử lý với NaOH và nhiệt độ, sau khi hấp phụ với SDS và STS đƣợc đánh giá thông qua việc đo phổ hồng ngoại FT- IR.
Đã tối ƣu đƣợc các điều kiện hấp phụ của chất chất hoạt động bề mặt alkyl sulfat trên nhôm oxit. Các điều kiện hấp phụ tối ƣu bao gồm: thời gian hấp phụ là 180 phút, pH=4 và lực ion (nồng độ muối nền NaCl) là 1mM đối với SDS và STS.
Đã ứng dụng thành công vật liệu γ-Al2O3hấp phụ bằng chất hoạt động bề mặt SDS và STS trong kỹ thuật chiết pha rắn để làm giàu và xác định nồng độ Pb2+ trong mẫu nƣớc Hồ Tây. Kết quả phân tích đƣợc đối chứng với phƣơng pháp GF- AAS cho thấy độ chính xác cao.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Lê văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và kỹ thuật sử lý nước thải, NXB Thanh niên, Hà Nội.
2. Trần tứ Hiếu 2003, Phân tích trắc quang hấp thụ phân tử UV-Vis, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
3. Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi và Nguyễn Văn Ri (2003), Các phương pháp phân
tích cơng cụ, Tập 2, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
4. Phạm Luận (1993), Cơ sở lý thuyết của phép đo phổ hấp thụ phân tử UV- Vis,
Đại học Tổng hợp, Hà Nội.
5. Trần văn Nhân, Nguyễn thạc Sửu, Nguyễn văn Tuế 1998, Hóa lý tập II, NXB
Giáo dục, Hà Nội.
6. Nguyễn Văn Ri 2016, Chuyên đề các phương pháp tách, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
7. Bùi Vĩnh Tƣờng, Hà Lƣu Mạnh Quân và Lê Phúc Nguyên (2013), "Nghiên cứu tổng hợp và phát triển γ-Al2O3 từ nguồn hydroxit nhơm Tân Bình để làm chất mang cho các hệ xúc tác sử dụng cho tổng hợp dầu khí", Tạp Chí Hóa Dầu 4, tr. 28- 35.
8. Phạm Văn Tƣờng (2007), Vật liệu vô cơ, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội, tr.67- 93.
9. Tạ Thị Thảo (2010),Bài giảng chuyên đề thống kê trong hóa phân tích, Đại Học Quốc gia Hà Nội.
10.Viện kiểm nghiệm ATVSTP Quốc Gia (2010), Thẩm định phương pháp trong phân tích hóa học và vi sinh vật, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội.
11.TCVN 5492-1995, Chất lượng nước - Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt, Bộ trƣởng Bộ tài nguyên và môi trƣờng ban hành.
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
12. A.Upadhyaya. E.J. Acosta. J.F. Scamechorn. D.Sabatini (2007), “Adsorption of Anionic-Cationic Surfactant Mixtures on Metal oxide Surfaces”, J Surfact Deterg, 10, pp.269-277.
13. Alila S, Aloulou F, Beneventi D, Boufi S (2007), Langmuir, 23, pp. 3723-3731. 14. Aloulou F, Boufi S, Beneventi D (2004), J Collid Interface Sci, 280, pp.350-
358.
15. B.Kasprzyl-Hordern, “Chemistry of alumina, reactions in aqueous solution and its application in water treatment”, Adv.Colloid Interface Sci, 110 (2004), pp.
19-48.
16. B.C. Lippens, J.J. Steggerdo, “Physical and chemical aspects of adsorbents and catalysts”, Acedamic Press, New York, 1970, pp.171.
17. Bu-Yao Zhu and Tiren Gu (1991), “Surfactant adsorption at solid-liquid interfaces”,Advances in Colloid and lnterface Science,37, pp.1-32
18. Chodchanok Attaphong, Emma Asnachinda, “Adsorption and adsolubilization of polymerizable surfactants on aluminum oxided”, Journal of Colloid and Interface Science,2010, 344, pp.126-131.
19. Cheng-Fang Lin, Kuen-Sen Chang, Chia-Wen Tsay, Dar-Yuan Lee, Shang-Lien Lo and Tatsuya Yasunaga (1997), “Adsorption mechanism of gallium (III) and indium (III) onto γ-Al2O3”,Journal of colloid and interface science, 188(1), pp. 201-208.
20. Das Asit K, Saha Sandip, Pal Anjali và Maji Sanjoy K (2009), “Surfactant- modified alumina: An efficient adsorbent for malachite green removal from water environment”, Journal of Environmental Science and Health, Part A,
44(9), pp. 896-905.
21. Dada, A.O, Olalekan, A.P, Olatunya, A.M ., DADA, O, 2012, “Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin–Radushkevich Isotherms Studies of Equilibrium Sorption of Zn2+ Unto Phosphoric Acid Modified Rice Husk”,
22. E. Laiti, L.-O.Ohman, J. Collid Interf. Sci, 183(1996), p.441.
23. E. Jurado, M.F.Serrano, J.Olea,G. Luzo ´n, M. Lechuga (2006), “Simplified spectrophotometric method using methylene blue for determining anionic surfactants: Applications to the study of primary biodegradation in aerobic screening tests” , Chemosphere 65, pp.278–285
24. George V.Franks and Yang Gan, “Charging behavior at the Alumina-Water Interface and Implication for Ceramic Processing”,Chemical and
Biomolecular Engineering, pp.3373-3388(2007)
25. Gutiérrez Gonzalo, Taga Adrian. và Johansson Börje (2001), “Theoretical structure determination of γ-Al2O3”,Physical Review B, 65(1), pp. 012101. 26. Gupta Vinod K, Gupta Monika and Sharma Saurabh (2001). “Process
development for the removal of lead and Chromium from aqueous solutions using red mud an aluminium industry waste”, Water Research, 35(5), pp.1125- 1134.
27. Ham Sigrist, (1974), “Gas Chromatographic determination of Sodium Dodecyl Sulfate”, Analytical Biochemistry 57, pp.564-568.
28. Hong Soon Park, Choong Kyun Rhee, (2004),”Simultaneous determination of nonionic and anionic industrial surfactants by liquid chromatography combined with evaporative light-scattering detection”,Journal of Chromatography A, 1046, pp. 289–291.
29. Jean-Louis Salager, “Surfactants types and uses”, FIRP bookletE300-A.
30. Leyu Cui, M. Puerto, J.L.Salinas, S.L. Biswal and G J. Hirasaki,(2014), “Improved Methylene Blue Two-Phase Titration Method for determining Cationic Surfactant Concentration in High-Salinity Brine”, Analytical chemistry.
31. M.J.M. Wells (2000), “Essential guides to method development in solid method development in solid-phase extraction, phase extraction”,Encyclopedia of
32. Masaaki Koga, Yasushi Yamamichi, Yasuyo Nomoto, “ Rapid Determination of Anionic Surfactants by Improved Spectrophotometric methoad using Methylene blue”, Analytical Sciences June, 1999, Vol.15, pp.563-568.
33. P. Persson, E.Laiti, L.-O.Ohman, J. Collid Interf. Sci, 190(1997), p.341. 34. R.Fiedorow, Wiadomosci Chemiczne 3,1968.
35. R. A. Greff, E. A. Setzkorn and V. D. Leslie, “A Colorimetric Method for the Determination Parts/Million of Nonionic Surfactants”, Analytical Research Section.
36. Ryo Koike, Fumihiko Kitagawa, Koji Otsuka (2007), “Simultaneous determination of amphoteric surfactants in detergents by capillary electrophoresis with indirect UV detection”, Journal of Chromatography A,
1139, pp.136–142.
37. Schwuger M.J,“Anionic Surfactants”,Surfactant Science Series, Vol.11, Dekker,NewYork, 1981.
38. Tien Duc Pham, Motoyoshi Kobayashi, Yasuhisa Adachi, “Interfacial characterization of aphal-alumina with small surface area by streaming potenial and chromatography”,Colloids and Surface A: Physicochemical and
Engineering Aspects, 2013, no. 436, pp. 148-157.
39. Tien Duc Pham, MotoyoshiKobayashi and YasuhisaAdachi (2015), “Adsorption